(57)【要約】【課題】  転写材に乱れのない画像を定着できるとともに、封筒等の２枚重なった転写材でもシワ等の発生なく定着することができるベルト定着装置を提供する。【解決手段】  第１、第２、第３のローラ１、２、３に巻回された第１の定着ベルト４と、第４、第５、第６のローラ５、６、７に巻回された第２の定着ベルト８とを備え、第１及び第４のローラを圧接することにより第１及び第２の定着ベルトを挟み込み、第２及び第５のローラが第１及び第４のローラに対して搬送方向下流に配置された構成によってなされるニップ部を未定着トナー像が担持された転写材が通過することによって定着が行われる定着装置において、第１と第４のローラはその外周面に弾性層を有し、その直径並びに弾性層の材質、厚み及び硬度が等しく形成され、それぞれの回転軸上に互いに噛合する同歯数の歯車１２、１３が設けられており、第２及び第５のローラは第１及び第４のローラよりも小径である。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、及び第３のローラ、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第１の定着ベルトを有した第１の定着ベルトユニットと、第４、第５、及び第６のローラ、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第２の定着ベルトを備えた第２の定着ベルトユニットと、を備え、第１及び第２の定着ベルト間のニップ部にて未定着トナーが担持された転写材を搬送する定着装置であって、
第１及び第４のローラを圧接した位置と、第１及び第４のローラよりも搬送方向下流に位置する第２及び第５のローラを圧接した位置との間に於いて、第１及び第２の定着ベルト間に形成されるニップ部を備え、前記転写材が該ニップ部を通過する際にトナーの定着を行う定着装置において、
第１及び第４のローラはその外周面に弾性層を有し、その直径並びに弾性層の材質、厚み及び硬度が等しく形成され、それぞれの回転軸上に互いに噛合する同歯数の歯車が設けられており、第２及び第５のローラは第１及び第４のローラよりも小径であることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載のベルト定着装置において、第２及び第５のローラはその径が２０ｍｍ以下であることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項３】
請求項１に記載のベルト定着装置において、第１及び第４の定着ローラの弾性層は発泡体層を有することを特徴とするベルト定着装置。
【請求項４】
請求項１に記載のベルト定着装置において、第２及び第５のローラの両方もしくはいずれか一方のローラがヒートパイプであることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項５】
請求項１に記載のベルト定着装置において、第３、第６のローラは加熱ローラであり、内部に、ハロゲンヒータ、誘導加熱源を含む熱源を有していることを特徴とするベルト定着装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５に記載のベルト定着装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真式の複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の画像形成装置に使用されるベルト定着装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタなどの画像形成装置に具備され、トナー画像を記録媒体に加熱定着させる定着装置として、近年多くのベルト定着装置に関する技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、定着ベルトを介した加圧ローラと定着ローラとのローラ間ニップ以外に、定着ベルトを加圧ローラに巻き付けた構成によってニップ幅を広くしたベルト定着装置が開示されている。また、定着ローラと加圧ローラにそれぞれ噛み合う歯車を設け駆動している。
又、例えば、特許文献２には、定着ローラと分離ローラと加熱ローラに張架された定着ベルト構成で、定着ローラの外周を断熱性弾性部材としての発泡シリコンゴムとした構成が開示されている。
実開平２−０１０５５５号には、定着ローラと加圧ローラとから成るローラ対を有する熱ローラ方式の定着装置において、ローラ対を２組用意し、且つ該２組のローラ対を定着ローラと加圧ローラが互いに上下逆配置になるようにして並設し、更に並列する上側のローラ列と下側のローラ列の夫々に定着ベルトを巡らせた定着装置が開示されている。
【特許文献１】特許第３５０６８８０号
【特許文献２】特開２００３−３０２８５８公報
【特許文献３】実開平２−０１０５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許第３５０６８８０号記載の構成の場合、定着ローラと加圧ローラとが径、材質、構成が違うため少なからず線速差が生じ、またニップ幅が広いためにその線速差が画像を乱すという課題がある。また、ニップ幅が広くその形状も平面状ではないため、封筒定着でシワが発生する課題もある。
また、上記ベルト定着装置では、ニップを形成するローラの径が大きいために転写材を分離するための分離爪のような分離手段が必要になる。この分離手段が定着ベルトや加圧ローラに摺動するためにその摺動跡が画像に発生したり、摺動のために定着ベルトや加圧ローラの表層部材が摩耗するなどの問題が生じている。近年ワックス成分を含有したトナーが主流となり、定着装置に離型剤塗布手段が無くなり、離型剤が定着ベルトや加圧ローラ表層を保護しているという状態が無くなったために、この課題は顕著になってきている。
特開２００３−３０２８５８公報記載の発明も同様の欠点を有している。
実開平２−０１０５５５号公報記載の発明は、ベルト間のニップ部が長大であるため、大型化するばかりでなく、画像の乱れの虞も高まる。互いに異なった材質のローラがベルトを介してニップするため、熱膨張による線速差が発生する。
本発明は、転写材に乱れのない画像を定着できるとともに、封筒等の２枚重なった転写材でもシワ等の発生なく定着することができるベルト定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１、第２、及び第３のローラ、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第１の定着ベルトを有した第１の定着ベルトユニットと、第４、第５、及び第６のローラ、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第２の定着ベルトを備えた第２の定着ベルトユニットと、を備え、第１及び第２の定着ベルト間のニップ部にて未定着トナーが担持された転写材を搬送する定着装置であって、第１及び第４のローラを圧接した位置と、第１及び第４のローラよりも搬送方向下流に位置する第２及び第５のローラを圧接した位置との間に於いて、第１及び第２の定着ベルト間に形成されるニップ部を備え、前記転写材が該ニップ部を通過する際にトナーの定着を行う定着装置において、第１及び第４のローラはその外周面に弾性層を有し、その直径並びに弾性層の材質、厚み及び硬度が等しく形成され、それぞれの回転軸上に互いに噛合する同歯数の歯車が設けられており、第２及び第５のローラは第１及び第４のローラよりも小径であることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、第２及び第５のローラはその径が２０ｍｍ以下であるベルト定着装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、第１及び第４の定着ローラの弾性層は発泡体層を有するベルト定着装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、第２及び第５のローラの両方もしくはいずれか一方のローラがヒートパイプであるベルト定着装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１に記載のベルト定着装置において、第３、第６のローラは加熱ローラであり、内部に、ハロゲンヒータ、誘導加熱源を含む熱源を有しているベルト定着装置を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明に係る画像形成装置は、請求項１、２、３、４又は５に記載のベルト定着装置を備えたことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、ニップ部における線速差が解消され、そのニップ部は平面状になるために、転写材に乱れのない画像を定着できるとともに、封筒等の２枚重なった転写材でもシワ等の発生なく定着することができる。
また、ニップ出口の第２及び第５のローラ径が２０ｍｍ以下のために、分離爪等の分離手段無しに、転写材を定着ベルトから曲率分離することができる。そのため分離爪等の摺動部材が必要なくなるので、摺動跡が発生することもなく、定着ベルトの寿命も長寿命となる。また、第１及び第４のローラは断熱され、立ち上がり時間が短くなり、熱応答性も早くなる。
また、第２及び第５の両方若しくはいずれか一方のローラが軸方向の温度勾配を均等にする働きをし、小サイズの転写紙連続通紙時の端部温度上昇を防ぐことができ、そのため端部ホットオフセットを防止できる。また立ち上がり時の端部の温度落ち込みを防ぐことによる、端部定着不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るベルト定着装置の正面（ローラの軸方向の面）図、図２は同じく、斜視図である。
本発明のベルト定着装置は、基体の厚み９０μｍのポリイミド樹脂からなるφ６０ｍｍのベルトに表面が厚み２００μｍの高離型シリコンゴムで被覆され、更にその最外層部に３０μｍのＰＦＡチューブを備えた無端状の第１の定着ベルト４と、該第１の定着ベルト４をその内部で回転支持する複数のベルト搬送用のローラ１、２、３と、転写材に熱を付加するための熱源としてハロゲンヒータ９を備えている第１の定着ベルトユニットを有している。ハロゲンヒータ９は、ローラ３内に配置されている。
また、本発明のベルト定着装置は、同様に、第２の定着ベルト８と、該第２の定着ベルト８をその内部で回転支持する複数のベルト搬送用のローラ５、６、７と、転写材に熱を付加するための熱源としてハロゲンヒータ９を備えている第２の定着ベルトユニットを有している。ハロゲンヒータ９は、ローラ７内に配置されている。
即ち、本発明は、第１ローラ１、第２ローラ２、及び第３のローラ３、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第１の定着ベルト４を有した第１の定着ベルトユニットと、第４ローラ５、第５ローラ６、及び第６のローラ７、並びにこれらのローラに巻回された無端状の第２の定着ベルト８を備えた第２の定着ベルトユニットと、を備え、第１及び第２の定着ベルト４、８間のニップ部にて未定着トナーが担持された転写材を搬送する定着装置であり、第１及び第４のローラ１、５を圧接した位置と、第１及び第４のローラよりも搬送方向下流に位置する第２及び第５のローラ２、６を圧接した位置との間に於いて、第１及び第２の定着ベルト４、８間に形成されるニップ部を備え、転写材が該ニップ部を通過する際にトナーの定着を行う定着装置である。更に、その特徴的な構成は、第１及び第４のローラ１、５はその外周面に弾性層を有し、その直径並びに弾性層の材質、厚み及び硬度が等しく形成され、それぞれの回転軸上に互いに噛合する同歯数の歯車が設けられており、第２及び第５のローラは第１及び第４のローラよりも小径である点にある。
【０００７】
無端状の第１の定着ベルト４内には、芯金に弾性層を有した定着ローラ１、補助ローラ２、加熱ローラ３があり、第２の定着ベルト８内には芯金に弾性層を有した加圧ローラ５、補助ローラ６、加熱ローラ７がある。定着ローラ１と加圧ローラ５が、第１、第２の定着ベルト４、８を介して圧接している。また、補助ローラ２、６も同様に圧接しており、これらのローラによってニップ部が形成された構成になっている。また、第１、第２の定着ベルト４、８のニップ部下流には、その表面を清掃するクリーニングローラ１０を備えている。符号１１は非接触温度センサである。
この構成で得られたニップ部に、図の右から未定着トナー画像を担持した転写材Ｐが搬送され、このニップ部で加熱・加圧され定着される。
本実施形態では、定着ローラ１は鉄製中実の芯金に厚み６ｍｍの発泡シリコンの弾性層を備えた構成であり、径はφ３０である。また、加圧ローラ５も定着ローラと同一形状である。また、図２に示すように、定着ローラ１及び加圧ローラ５の軸上には同じ歯数の歯車１２、１３が一体に設けられていて、それらが噛み合っている。
本構成によって、定着ローラ１と加圧ローラ５の線速差が殆ど無いために画像を乱すこともない。そして定着ローラ１及び加圧ローラ５は同直径、同肉厚のため形成されるニップ形状も略水平であり、そのため封筒等を通紙してもフラップずれやシワの発生などを防止する効果がある。
また、ニップ出口では定着ローラ１及び加圧ロー５より小径、本実施形態ではφ１０ｍｍの補助ローラ２、６が設けられているために、分離爪等の分離手段を設けることなく、曲率分離で転写材が分離するので、分離爪等による摺動跡が定着ベルト４、８に発生することもなく、そのため画像にその跡が発生することもない。また、摺動による定着ベルト４、８の摩耗もないため長寿命を達成できる。
【０００８】
図１及び図２に示す定着ローラ１及び加圧ローラ５の弾性層は発泡層なために、定着ローラ１及び加圧ローラ４が定着ベルト４、８に蓄熱された熱を殆ど奪わないので立ち上がり時間や定着の熱応答性が速くなる。また、上記構成で得られるニップ形状もストレート形状のために封筒等を定着してもシワ等が発生するのを防止できる。
また、上述したように、本実施形態ではそれぞれの定着ベルト４、８内に加熱ローラ３、７を備えている。加熱ローラ３、７は厚み１ｍｍのアルミニウム製の中空ローラである。内部にハロゲンヒータ９を備え定着ベルト４、８を加熱する。そして定着ベルト４、８の外側から非接触温度センサ１１を備え、定着ベルト４、８表層の温度を検出して温度コントロールしている。
通常、小サイズ用紙が多数枚連続して通紙された場合、定着ベルト４、８の非通紙領域である端部が温度上昇してしまう。その結果、非通紙領域が高温度になるので、小サイズ連続通紙直後に大サイズ用紙に切り替えると、端部でホットオフセットや巻き付き等の紙詰まりが発生することがある。また、用紙端部が中央部に比べて温度が高いので、端部では光沢度が増し、中央部と端部で光沢ムラが発生する。
また、立ち上がり時には加熱ローラ３、７の中央部より端部の方が暖まりにくいので、立ち上がり直後では端部の温度不足による、端部定着不良などの不具合が発生しやすい。
【０００９】
図３は補助ローラの構成図であり、（１）は側面（軸方向と直角な面）断面図、（２）は正面（軸方向の面）断面図である。補助ローラ２（補助ローラ６も同様）はアルミ、ステンレス、若しくは炭素鋼等の芯金を中空にした中空円筒管２ａを有する。本実施形態では外形１０ｍｍでアルミ製厚み１ｍｍの中空円筒管２ａであり、表層にテフロン（登録商標）コートが施してある。
内部には極細線の芯材を螺旋状または網の目状に形成したウイック層２ｂを形成し、ジャーナル２ｃによって両端開口を封じ、内部は減圧されている。そして、中に熱搬送媒体としての水などの作動液２ｄが封入してある。
補助ローラ２をこの構成にしたので、作動液２ｄはウイック層２ｂによって補助ローラ２内部全体に行き渡り、温度の高い部分では作動液２ｄが熱によって状態変化を起こし蒸気になり、温度の低い部分で液化する。この循環によって瞬時に補助ローラ２の温度は一様になる。この補助ローラ２の熱拡散効果により定着ベルト４、８の軸方向の熱勾配が緩和され従来例のような不具合を防止することができる。
なお、実開平４−０８５４６２号公報には、冷却ローラ内に冷媒を適量充填した構成が開示されているが、この冷媒はローラ冷却することを目的としており、本発明のように補助ローラ２の熱拡散効果により定着ベルト４、８の軸方向の熱勾配を緩和することを目的としているものではない。
本実施形態では、ハロゲンヒータ９を熱源としているが、特開２００１−２４２７３２公報、特開２００１−１３８０５公報などに記載されている誘導加熱方式により、加熱ローラ３、７を加熱してもよい。また、加熱ローラ３、７の代わりに無端ベルトの加熱手段を用いてもよい。また、熱源の電源としては、商用電源の他、電気化学キャパシタを用いることができる。
上記各実施形態に記載されたベルト定着装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置等の電子写真式画像形成装置に適用することができる。即ち、電子写真式の画像形成装置は、予め一様に帯電された感光体上に原稿反射光等の光学的な画像情報を照射することによって静電潜像を形成し、この静電潜像を現像器から供給されるトナーによってトナー像とした後で、トナー像を転写紙に転写してから、定着装置によって熱定着するが、この熱定着装置として本発明のベルト定着装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るベルト定着装置の正面（ローラの軸方向の面）図。
【図２】本発明の実施の形態に係るベルト定着装置の斜視図。
【図３】補助ローラの構成図。
【符号の説明】
【００１１】
１  定着ローラ（第１のローラ）、２  補助ローラ（第２のローラ）、３  加熱ローラ（第３のローラ）、４  第１の定着ベルト、５  加圧ローラ（第４のローラ）、６  補助ローラ（第５のローラ）、７  加熱ローラ（第６のローラ）、８  第２の定着ベルト、９  ハロゲンヒータ、１０  クリーニングローラ、１１  非接触温度センサ、１２、１３  歯車
【図１】
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【図２】
2006017867.tif 000004
【図３】
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